混凝土梁分离式Word格式文档下载.docx

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SOLID65允许每个单元有4种不同属性的材料，包括主要材料（如混凝土）和不同的钢筋材料（最多不超过三种）。

除了能考虑徐变和塑性性能之外，混凝土节点允许产生压碎和裂缝。

钢筋单元（同样考虑塑性和徐变）只具有单向刚度并认为弥散于单元之中，通过指定角度来确定钢筋在单元中的位置。

图4solid65单元

纵筋和箍筋只能够采用link180单元模拟，LINK180单元是有着广泛工程应用的杆单元，它可以用来模拟桁架、缆索、连杆、弹簧等等。

这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：

沿节点坐标系X、Y、Z方向的平动。

就像铰接结构一样，此单元不承受弯矩。

本单元具有塑性、蠕变、旋转、大变形、大应变等功能。

默认情况下，无论进行何种分析，当使用命令NLGEOM,ON时，LINK180单元的应力刚化效应开关打开。

同时本单元还具有弹性、各向同性塑性硬化、动力塑性硬化、Hill（各向异性塑性）、Chaboche（非线性塑性硬化）以及蠕变等性能。

其详细的特性请参考《ANSYS.Inc.TheoryReference》。

仅受拉或仅受压杆单元详见LINK10。

图5是LINK180三维杆单元。

图5link180单元

此外，在有限元中约束如果直接加载混凝土节点上，这样很可能在支座处产生很大的应力集中，从而导致支座附近的混凝土破坏，导致求解失败，因此在建模过程中，在支座和加载点处施加了垫块，避免应力集中现象。

本模型中支座和加载点处的垫块采用SOLID185单元模拟。

2.4混凝土破坏准则

ANSYS中用五个材料强度参数和静水压力状态来定义混凝土的破坏曲面。

五个材料参数分别为单轴抗拉强度，单轴抗压强度，双轴抗压强度，静水压力作用下单轴抗压强度和双轴抗压强度。

当静水压力较小满足

时，最少使用两个参数便可以定义混凝土的破坏曲面。

其他三个参数可以按照WillamandWarake五参数准则得到。

当静水压力较大时，必须设定五个参数。

破坏准则的参数输入通过命令TB,CONCR和TBDATA输入

TB,CONCR,1,1,9

TBDATA,,C1,C2,C3,C4,C5,C6

TBDATA,,C7,C8,C9

C1-张开裂缝的建立传递系数

C2-闭合裂缝的剪力传递系数

C3-单轴抗拉强度

C4-单轴抗压强度

C5-双周抗压强度

C6-围压大小

C7-围压下的双轴抗压强度

C8-围压下的单轴抗压强度

C9-拉应力释放系数

2.5求解方法和收敛准则

ANSYS是采用Newton法对非线性方程进行求解。

以一个非线性过程为例进行说明。

作用在结构上的外力为

，内力为

。

基本的平衡方程：

对结构施加一个小的荷载增量

，依据对应的位移

，可以计算出结构的切线刚度

有了以上的信息，就可以依据切线刚度计算出位移

之后，程序会计算内力

，此时的不平衡力

可以计算出来：

如果此时对于结构的任一自由度，

均为0，那么结构就达到平衡，此时

点就在结构的荷载-位移曲线上。

但是实际中不可能精确为0，一般设置容许误差为0.5%。

如果

小于容易误差，那么就可以仍为

是满足要求的，是外荷载对应的一个有效的位移。

但是，应该要注意的是，在程序接受这个解之前，会验算对应的位移增量

，如果

大于设置的位移增量，那么程序就会再重新进行迭代计算。

图6第一次迭代

如果第一次迭代不满足收敛准则，程序会进行第二次迭代。

程序会依据之前计算的位移

，重新计算一个新的刚度

有了这个刚度，和之前的不平衡力

，可以确定另一个位移修正值

，会使得系统更接近于平衡状态。

之后，计算新的不平衡力

，新的位移

然后比较是否满足之前设定的要求，如果不满足，则继续进行迭代。

图7第二次迭代

收敛准则

本模型中采用力施加荷载，荷载步取为80

NSUBST,80

本模型中采用力来控制收敛准则，精度控制在0.05。

CNVTOL,F,,0.05,2,0.5，

2.6建模过程

图8建模流程图

步骤1：

材料参数的输入，就是确定材料模型，并输入到有限元中。

Ansys中命令流如下：

图2和图3为输出来的材料本构关系。

图9钢筋骨架模型

步骤2：

建立几何模型，为了提高计算效率，这里利用了对称性，只建立了1/2模型。

首先是建立箍筋和纵筋的几何模型，然后是混凝土模型，混凝土和钢筋之间的粘结不考虑，采用节点耦合的方式进行耦合，最后是建立支座和加载垫板。

步骤3：

几何模型确立后，需要将步骤1输入的材料属性以及实常数等，赋给相应的几何模型。

步骤4：

确定单元尺寸，划分网格，网格密度应该适当，确保收敛。

本模型的基本尺寸是75同时在支座处以及加载点处会进行局部加密措施

步骤5：

首先施加简支边界条件，然后在对称面上施加对称约束。

在加载点处施加均匀节点力，本模型力的大小为110KN。

步骤6：

代开大位移开关，设置荷载子步，本模荷载子步为80，输出结果。

步骤7：

进行后处理

3结果分析

3.1实验结果对比

采用时程后处理可以输出跨中挠度与荷载之间的关系，这与实验得到的荷载挠度曲线大致上是一直的。

从荷载位移曲线可以看到，这属于一个典型的适筋梁破坏。

从曲线中可以看到，当荷载很小时，荷载和挠度呈现线性关系，结构处于弹性阶段。

当荷载继续增大，位移发生了突变，此时，混凝土开裂，所对应的荷载就是截面的开裂荷载。

而荷载和挠度也呈现出非线性关系。

图10跨中挠度荷载曲线

图11实验结果

图11钢筋应力图

从钢筋应力图可以看到，达到极限状态钢筋屈服。

图12裂缝云图

从裂缝云图中可以看到，在剪跨段裂缝从支座处向加载点处延伸，呈现弯剪斜裂缝，在纯弯段裂缝分布在竖直方向。

3.2理论解对比

从结果中可以得到极限荷载为107.474KN。

梁截面受弯承载能力可以由理论解得到精确的表达式，运用规范所给出的公式不难求出，极限的理论值为105.474KN。

数值分析得到的结果大于理论解，这也与实际情况相符合，这主要是规范中受弯承载能力忽略了混凝土的抗拉强度。

3.3结论

利用ANSYS可以较好的模拟钢筋混凝土梁的受弯实验，可以利用ANSYS模拟混凝土梁受弯实验。

从我自身的建模发现，分离式模型很难收敛，本来向通过改变材料强度等进行参数分析，结果发现运行时不收敛。

此外，单元配筋一旦发生改变，要想从新进行参数分析，必须从新划分网格，工作量很大。

因此，如果在不考虑粘结性能时，尽量采用整体式建模。

命令流

Finish$/clear$/filename,jianzhiliang$/prep7

!

单位，长度：

mm，力:

n

as0=380.1$as1=50.3$a=30$b=150!

Φ22的纵筋、Φ8的箍筋、保护层厚度、梁宽

h=300$l=2650$l0=125!

梁高、梁长、支座距梁端

et,1,solid65

keyopt,1,1,0!

考虑大变形

keyopt,1,5,1!

给出每个积分点的解

keyopt,1,6,3!

同时还给出积分点的解

keyopt,1,7,1!

考虑应力松弛，有助于收敛

et,2,link180!

钢筋单元

et,3,solid185,,3!

垫块单元，简单增强应变公式

r,1,as0$r,2,as1$r,3!

受拉纵筋、受压纵筋及箍筋、混凝土及垫块实常数

混凝土材料属性

mp,ex,1,21945$mp,prxy,1,0.2!

弹性模量、主泊松比、混凝土单轴抗压强度

FC=23.1

FT=2.64

TBDATA,,0.35,0.75,FT,-1

TB,MISO,1,,15

TBPT,,0.0002,FC*0.19

TBPT,,0.0004,FC*0.36

TBPT,,0.0006,FC*0.51

TBPT,,0.0008,FC*0.64

TBPT,,0.001,FC*0.75

TBPT,,0.0012,FC*0.84

TBPT,,0.0014,FC*0.91

TBPT,,0.0016,FC*0.96

TBPT,,0.0018,FC*0.99

TBPT,,0.002,FC

TBPT,,0.0033,FC

tbplot!

显示应力应变曲线

纵向钢筋+垫板材料属性MPa

mp,ex,2,2e5$mp,prxy,2,0.25!

弹性模量和主泊松比

tb,bkin,2$tbdata,,360!

定义钢筋屈服准则，用bkin模型

mp,ex,3,2e5$mp,prxy,3,0.25

tb,bkin,3$tbdata,,270!

箍筋

产生所有的节点**********!

n,1,,b$n,9$fill,1,9!

建立节点1和9，在两个节点之间均匀创建多个节点

ngen,11,9,1,9,1,,,a!

从1到9沿z轴正向复制节点11次，编号增量为9，间距为30

ngen,2,1000,1,99,1,75!

沿梁长复制节点，复制19次，节点编号增量为1000

ngen,3,1000,1001,1099,1,50

ngen,7,1000,3001,3099,1,75

ngen,4,1000,9001,9099,1,200/3

ngen,7,1000,12001,12099,1,75

ngen,2,1000,18001,18099,1,50

/view,1,-1,-1,1!

查看方向

箍筋，受压钢筋*******!

type,2$real,2$mat,3!

单元类型、常数、材料

*do,ii,11,16,1$e,ii,ii+1$*enddo

*do,ii,83,88,1$e,ii,ii+1$*enddo!

水平箍筋

*do,ii,11,74,9$e,ii,ii+9$*enddo

*do,ii,17,80,9$e,ii,ii+9$*enddo!

竖直箍筋

egen,20,1000,1,28,1!

复制箍筋、次数、节点编号增量、节点1、节点2、单元增量

纵向受压钢筋

*do,ii,83,18083,1000$e,ii,ii+1000$*enddo

*do,ii,89,18089,1000$e,ii,ii+1000$*enddo

纵向受拉钢筋

type,2$real,1$mat,2

*do,ii,11,18011,1000$e,ii,ii+1000$*enddo

*do,ii,17,18017,1000$e,ii,ii+1000$*enddo

/eshape,1$ep!

查看实体

建立几何实体

blc4,,,l/2,b,h$blc4,75,,100,b,-40$wpoffs,,,h$blc4,625,,200,b,40$wpcsys,-1

划分实体

wpoffs,75$wprota,,,90$vsbw,all

wpoffs,,,100$vsbw,all$wpoffs,,,450$vsbw,all

wpoffs,,,200$vsbw,all$wpoffs,,,450$vsbw,all

wpcsys,-1$allsel

划分几何边线长度，以便划分生成有限元模型

lsel,s,loc,y,0$lsel,a,loc,y,150$lsel,r,loc,x,0$lesize,all,,,10

lsel,s,loc,z,0$lsel,a,loc,z,300$lsel,r,loc,x,0$lesize,all,,,8

lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,0,75$lesize,all,75

lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,75,175$lesize,all,25

lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,175,625$lesize,all,75/2

lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,625,825$lesize,all,100/3

lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,825,1275$lesize,all,75/2

lsel,s,loc,z,300$lsel,r,loc,y,0$lsel,r,loc,x,1275,1325$lesize,all,50

lsel,s,loc,z,340$lsel,r,loc,x,625$lesize,all,,,8

lsel,s,loc,y,0$lsel,r,loc,x,625$lsel,r,loc,z,300,340$lesize,all,,,1

lsel,s,loc,z,-40$lsel,r,loc,x,75$lesize,all,,,8

lsel,s,loc,y,0$lsel,r,loc,z,-40$lesize,all,,,4

lsel,s,loc,y,0$lsel,r,loc,x,75$lsel,r,loc,z,0,-40$lesize,all,,,1

划分生成有限元模型

vsel,s,loc,z,0,h$vatt,1,3,1

mshape,0,3d$mshkey,1!

用映射网格划分为6面体单元

vmesh,all$allsel

vsel,s,loc,z,-40,0$vsel,a,loc,z,h,h+40$vatt,2,3,3

mshape,0,3d$mshkey,1$vmesh,all

/view,1,-0.2,-1,1$eplot$allsel

nummrg,all$numcmp,all$eplot!

合并、压缩、重新显示

求解控制

/solu

nsel,s,loc,z,-40$nsel,r,loc,x,l0$d,all,uy,,,,,uz$allsel!

施加简支边界条件

asel,s,loc,x,l/2$da,all,symm$allsel!

在对称面上施加对称约束

施加荷载

nsel,s,loc,z,h+40$nsel,r,loc,x,725

*get,node1,node,,count$f,all,fz,-110000/node1$allsel!

获取节点数、施加均匀节点力

antype,static$nlgeom,on$NSUBST,80$outres,all,all$autots,1$lnsrch,1

静态分析、开启大位移、荷载子步、输出所有结果、自动时间、线性搜索

CNVTOL,F,,0.05,2,0.5$allsel!

力收敛准则

SOLVE$FINISH!

求解

通用后处理

/post1$set,last$prrsol,fz!

显示节点反力

set,last$pldisp,1!

显示变形图

esel,s,type,,2$etable,saxl,ls,1$plls,saxl,saxl!

显示钢筋应力

esel,s,type,,1$/device,vector,on$plcrack!

显示裂缝

时间历程后处理

/post26$nsol,2,node（l/2,b/2,0）,u,z!

定义节点（l/2,b/2,0）的z向位移为变量2

prod,3,2,,,,,,-1$prod,4,1,,,LOAD,,,110!

将变量2反号，定义变量4为荷载

/axlab,x,mid_uz（mm）$/axlab,y,P（kN）!

设置坐标轴显示

xvar,3$plvar,4!

输出跨中点荷载位移曲线

参考文献

[1]江见鲸，陆新征.混凝土结构有限元分析（第2版）[M].北京：

清华大学出版社,2013.

[2]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京：

人民交通出版社,2007.

[3]王铁成,李艳艳,戎贤.配置500MPa钢筋的混凝土梁受弯性能试验[J].天津大学学报：

自然科学与工程技术版,2007,40（5）:

507-511.

[4]蒋永生,梁书亭,陈德文,等.高强钢筋高强混凝土受弯构件的变形性能试验研究[J].建筑结构学报,1998

（2）:

37-43.